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Einrichtung zur Verlustmessung bei kondensatorartigen Objekten mit Hilfe einer Messbrücke.
Es ist bekannt, dass man sich zur Verlustmessung an kondensatorartigen Objekten, z. B. zur
Untersuchung der Isolation von Hochspannungskabeln oder Dielektriken anderer Art, einer Brücken- schaltung bedienen kann, die in einem Brückenzweig den zu messenden und in einem benachbarten einen Vergleichskondensator enthält. Für diesen Zweck hat sich besonders die bekannte Kondensator- messbrücke nach Schering eingeführt. Bei der Schering-Brücke bestehen die beiden andern Brücken- zweige aus Ohmschen Widerständen, und der Abgleich erfolgt einerseits mittels eines Ohmschen Wider- standes und anderseits mittels eines regelbaren Dekadenkondensators, der dem Brückenzweigwider- stand parallel geschaltet ist, der in der Brückenschaltung dem zu messenden Kondensator gegen- überliegt.
Bekanntlich geht bei komplexen Kompensatoren'und Brückenschaltungen die Nullabgleichung einfacher, bequemer und schneller vor sich, wenn die Abgleichmittel stetig veränderbar sind. Nun ist es aber nicht möglich, einen stetig veränderbaren Kondensator zu bauen, bei dem der Höchstwert der Kapazität die für die Schering-Brücke erforderliche Grösse von 1 (1. F entsprechend einem Verlustfaktor von tg 8 = 0,1 aufweist. Anderseits sind Brückenschaltungen für derartige Zwecke vorgeschlagen worden, bei denen der Abgleich lediglieh an Ohmschen Widerständen erfolgt, jedoch-haben diese ver- schiedener anderer Nachteile wegen sich nicht eingeführt.
Besondere Bedeutung gewinnt der Abgleich durch regelbare Ohmsche Widerstände in dem Falle, dass die Brücke mit einer Einrichtung zum selbst- tätigen Abgleich durch zwei fremderregte, gleichzeitig als phasenabhängige Nullindikatoren und Um- kehrmotoren wirkende Induktionszähler-Xesswerke (sogenannte Nullmotoren) versehen werden soll.
In diesem Falle können die Abgleichwiderstände als regelbare Spannungsteilerwiderstände ausgebildet werden, wobei die Abgriffkontakte von je einem Nullmotor gesteuert werden. Auf diese Weise ist dann eine fortlaufende selbsttätige Anzeige oder Aufzeichnung des Verlustfaktors und gegebenenfalls auch der Kapazität des Messobjektes möglich.
Es ist bereits eine Einrichtung zum Messen des Kapazitätswertes und des Verlustfaktors von kondensatorartigen Objekten mittels einer Kondensatorbrückenschaltung mit selbsttätigem Abgleich durch Nullmotoren bekanntgeworden, wobei der zur Verlustmessung dienende Abgleichwiderstand unmittelbar in dem den Normalkondensator enthaltenden Brückenzweig angeordnet ist. Diese bekannte
Schaltung lässt sich aber nur dann anwenden, wenn der verlustfreie Vergleichskondensator sehr gross ist, nämlich eine Kapazität in der Grössenordnung von 1 (J. F hat, denn nur in diesem Falle ist es mög- lich, mit einem regelbaren Widerstand in der Grössenordnung von 100 Ohm dem Zweig des Normal- kondensators einen ausreichend grossen Verlustwinkelwert zu erteilen.
Bei den praktisch in Frage kommenden Fällen, bei denen es sich meist um hohe Spannungen handelt, hat aber der Vergleichs- kondensator eine um viele Grössenordnungen kleinere Kapazität. Demzufolge müsste also der Regel- widerstand einige Megohm betragen.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, hat man vorgeschlagen, den Vergleichskondensator und den in dem benachbarten Zweige liegenden Brückenwiderstand mit der Sekundärwicklung eines
Spannungswandlers zu verbinden, dessen Primärwicklung an die Speisespannung angeschlossen ist.
Diese Anordnung führt in manchen Fällen zum Ziel, hat aber den Nachteil, dass ein für die volle Betriebs- spannung bemessener Präzisionsspannungswandler erforderlich ist, dessen Fehlwinkel bei der Verlustbestimmung in voller Grösse in die Messung eingeht. Ein solcher Wandler wird natürlich einerseits
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infolge dieser hohen Anforderungen an'die Messgenauigkeit und anderseits infolge der hier in Betracht kommenden sehr hohen Spannungen von der Grössenordnung bis zu 500 kV sehr umfangreich und kost-' spielig.
Bei einer andern, ebenfalls mit Ohmschen Regelwiderständen arbeitenden Brückenschaltung, bei der ein in einem Brückenzweig liegender Schleifdraht mehr oder weniger durch einen festen Kondensator überbrückt wird, ist der für viele Zwecke schwerwiegende Nachteil vorhanden, dass der sich ergebende Skalenverlauf einer quadratischen Funktion entspricht, während im allgemeinen stets eine lineare Abbildung gefordert wird.
Gegenstand der Erfindung ist nun in erster Linie eine neue'Bruckensehaltung, bei der der Abgleich an zwei regelbaren Ohmschen Widerständen erfolgt und die Nachteile der bisher bekannten Einrichtungen zur Verlustmessung an kondensatorartigen Objekten vermieden sind. Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass in dem Stromkreis des Vergleichskondensators ein Hilfskondensator eingeschaltet ist, an den über einen Transformator der eine der beiden Abgleichwiderstände angeschlossen ist. Der zweite Abgleichwiderstand kann an den Stromkreis des zu messenden Kondensators angeschlossen werden.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 1 in einem grundsätzlichen Schaltbild dargestellt.
Dabei ist angenommen, dass es sich um eine Brückenschaltung handelt, die entsprechend der. ScheringBrücke in zwei benachbarten Brückenzweigen Ohmsche Widerstände enthält.
An eine Wechselstromquelle von der Spannung U ist eine Brückenschaltung angeschlossen, die in einem Brückenzweige den zu messenden Kondensator Ox, in einem zweiten einen verlustfreien Normalkondensator ON, in dem dem ersten gegenüberliegenden einen Ohmschen Widerstand RN und in dem dem zweiten gegenüberliegenden Brückenzwege einen Ohmschen Widerstand RK enthält.
Die beiden, Cx bzw. RK enthaltenden Brückenzweige werden bei abgeglichener Brücke von einem
Strom Jx und die beiden andern von einem Strom JN durchflossen.
In den Stromkreis JN ist nun ein Hilfskondensator OH eingeschaltet, an den über einen Transformator T ein als Schleifdraht ausgebildeter Spannungsteilerwiderstand R2 angeschlossen ist, dessen durch einen verschiebbaren Abgriffkontakt K2 begrenzter Widerstandswert mit r2 bezeichnet ist. Dabei möge durch an sich bekannte in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel dafür gesorgt sein, dass der den Widerstand j & durchfliessende Strom um 90 in der Phase gegenüber dem den Normalkondensator ON durchfliessenden Strom JN verschoben ist.
Dabei wird die, Kapazität des Hilfskondensators Cil zweckmässig so gross gewählt im Vergleich zu der Kapazität ON des Vergleichskondensators, dass der Widerstand des Hilfskondensators mit der an ihn angeschlossenen Abgleichschaltung gegenüber dem kapazitiven Widerstand des Vergleichskondensators vernachlässigt werden kann.
Ein ähnlicher Spannungsteilerwiderstand , dessen von dem zugehörigen Abgriffkontakt Kl
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ment dienendes Vibrationsgalvanometer N ist einerseits an den Abgriffkontakt K, und anderseits an den Anfangspunkt des Widerstandes r2 angeschlossen.
In Fig. 2 ist das zugehörige Vektordiagramm dargestellt. Man erkennt daraus, dass der Strom. IN in der Phase der Speisespannung U um 900 voreilt, während der Strom J infolge des Verlustwinkels 0
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ergibt sich aus dem in Fig. 2 dargestellten Spannungsdreieck
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Da aber RN konstant ist, so ist der Verlustfaktor tg # verhältnisgleich r2, und die Verschiebung des Abgriffkontaktes K2 entspricht in linearem Verhältnis der Grösse des Verlustfaktors tg 8.
. Im allgemeinen ist es aber zweckmässiger, wenn beide Abgleichwiderstände an den Stromkreis des Vergleichskondensators'angeschlossen werden. Auch in diesem Falle werden die beiden Abgleichwiderstände vorzugsweise als Spannungsteilerwiderstände ausgebildet und ihre veränderbaren Teile in Reihe in den Diagonalzweig der Brücke eingeschaltet. Ausführungsbeispiele dieser Art zeigen die Fig.
In Fig. R ist eine Brückenschaltung der gleichen Art wie in Fig. 1 gezeichnet. In dem Stromkreis des Vergleichskondensators CN, der von dem Strom JN durchflossen wird, liegt wieder ein Hills- kondensator C an den über einen Transformator T in der gleichen Weise wie bei der Schaltung nach
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ist. In den gleichen, Stromkreis ist nun ein Ohmscher Widerstand Rp eingeschaltet, an den ein zweiter Schleifdraht R angeschlossen ist, dessen veränderbarer Teil mit r1 bezeichnet ist. In dem Diagonalzweig liegen dkWiderstände r1 und r2 mit dem Vibrationssalvanometer N in. Reihe.
Dadurch wird der von
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dem Strom Jx an dem Widerstand RIZ hervorgerufene Spannungsaball UK = JX . RK durch zwei veränderbare, um 90 gegeneinander phasenverschobene Vergleichsspannungen U1 und U2 abgeglichen.
Dabei liegt die Spannung U1 an den Widerständen RN und r1 und die Spannung U2 and r2.
Da der Schleifdraht R1 nebst Parallelwiderstand Rp mit dem Widerstand RN in Reihe geschaltet
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Teilspannungen U1 und U2 ergeben sich nun folgende Beziehungen :
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Fig. 4 zeigt das zugehörige Vektordiagramm. Denkt man sich nun in der bekannten Darstellungsweise entsprechend Fig. 5 den zu prüfenden, mit dielektrischen Verlusten behafteten Kondensator Cx ersetzt durch einen verlustfreien Kondensator C, dem ein Widerstand p parallel geschaltet ist, so ergibt sich, da RK gegenüber 1/# C und p vernachlässigt werden darf, das in Fig. 6 dargestellte Diagramm, dem folgende Beziehungen zu entnehmen sind :
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f aktor tg a durch den Widerstand r2 linear abgebildet wird.
Die Erfindung ist aber auch in Verbindung mit Brückenschaltungen anderer Art anwendbar.
So zeigt z. B. Fig. 7 eine Schaltung, bei der sämtliche vier Brückenzweige Kondensatoren enthalten. Im übrigen ist die Schaltung die gleiche wie in Fig. 3. In diesem Falle sind die Phasen jedoch durch die an Stelle der Ohmschen Widerstände RK und RN tretenden Kondensatoren CK bzw. ON'um 900 verschoben. Infolgedessen bildet die Einstellung am Spannungsteilerabgriff K1 ein Mass für den Verlustfaktor tg 0 und die Einstellung an K2 ein Mass für die Kapazitätsänderung A C.
Bei einer solchen Anordnung, die in dem Stromkreis JN ausser dem Normalkondensator CN noch einen Kondensator ON'enthält, können die beiden andern Brückenzweige auch durch die entsprechend unterteilte Sekundärwicklung eines an die Speisespannung angeschlossenen induktiven Übertragers gebildet werden.
Ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung gemäss der Erfindung mit selbsttätigem Abgleich durch Nullmotoren ist in Fig. 8 dargestellt. Dabei ist angenommen, dass ein Drehstromnetz zur Verfügung steht, an das die Brückenschaltung einphasig mittels eines Hochspannungstransformators angeschlossen ist, wobei die Sekundärspannung U als Speisespannung wirkt. Die eigentliche Brückenschaltung ist im wesentlichen ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. 3 nach Art einer Schering-Brücke aufgebaut und auch im übrigen entspricht die Schaltung grundsätzlich der in Fig. 3 dargestellten.
Die gleichen Teile sind daher auch in Fig. 8 mit den gleichen Buchstaben bezeichnet wie in Fig. 3. Hier ist nun genauer angegeben, wie man erreichen kann, dass die Spannung U2 genau um 90 in der Phase gegen JN verschoben ist. Zu diesem Zweck ist z. B. mit der Sekundärwicklung des Transformators T ein Kondensator Cp unter Vorschaltung eines Widerstandes R' verbunden und der Scbleifdraht R2 unter Vorschaltung eines Widerstandes R" an den Kondensator 0 p angeschlossen. Statt dessen kann aber auch eine andere an sieh bekannte Schaltung gewählt werden.
Die selbsttätige Abgleichung der Brücke auf Stromlosigkeit des Nullzweiges wird durch zwei fremderregte, gleichzeitig als phasenabhängige Nullindikatoren und Umkehrmotoren wirkende Induktionszähler-Messwerke ss', S"1, Z1, Y1
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werden von einem an das Drehstromnetz angeschlossenen Drehfeld-Phasenregler PA mit den sinusförmig verlaufenden, um 900 gegeneinander in der Phase verschobenen Strömen JSl > JS2 fremderregt.
Die Stromwicklungen /', S"2 sind hintereinandergeschaltet und über einen wechselstromgespeisten Röhrenverstärker V mit dem Nullzweig verbunden, so dass sie von dem der Eingangsspannung Uo proportionalen Ausgangsstrom Jo durchflossen werden. Da bei konvergenzgerechter Phaseneinstellung der die beiden Richtvektoren darstellenden Erregerfelder dieser Messwerke ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Drehrichtung der Ankerscheibe Z bzw. Z und der zum konvergenten Abgleich notwendige Abgleichriehtung vorhanden ist, so erfolgt die Beeinflussung der Schleifkontakte Kb J {4 stets im Sinne der angestrebten Abgleicheinstellung.
Dabei ist die jeweilige Drehgeschwindigkeit von bzw. Z2 der jeweiligen Abweichung \ om Abgleichzustand proportional. Je mehr Kl bzw. K2 an die Abgleichstellung herankommt, desto langsamer läuft 7"bzw. 7" ; ein Überschwingen oder Pendeln der mit Kl bzw. K2 gekuppelten Anzeigeorgane oder Schreibfedern zum Aufzeichnen der Messgrösse ist daher ausgeschlossen.
Da sich die Schering-Brücke mit Handabgleich in erheblichem Umfange für Verlustmessungen an kondensatorartigen Objekten eingeführt hat, erscheint es in vielen Fällen wünschenswert, eine vorhandene normale Schering-Brücke durch eine Zusatzeinrichtung so zu ergänzen, dass der Abgleich selbsttätig erfolgt. Dies ist gemäss der Erfindung dadurch möglich, dass man unter Nichtbenutzung des Dreidekaden-Abgleichkondensators mit der Brücke in geeigneter Weise eine Zusatzanordnung verbindet ; die den Hilfskondensator OH und den Transformator T nebst der zugehörigen Schaltung und gegebenenfalls auch den Widerstand RP enthält. An diese Zusatzanordnung werden dann, vorzugs-
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vorrichtungen angeschlossen.
Eine derartige Anordnung ist in Fig. 9 dargestellt. Dabei ist mit 1 der sogenannte Brückenkasten einer normalen Schering-Brücke bezeichnet. Er ist mit Anschlussklemmen 2-10 versehen. Die Klemmen 2 und 4 sind zum Anschluss des zu messenden bzw. des Normalkondensators bestimmt. Die Klemme 3 dient zum Anschluss des zu erdenden Endes der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators 11. An die Klemmen 5 und 6 wird bei der üblichen Benutzung der Brücke der Drei- dekaden-Kurbelkondensator angeschlossen. Die Klemmen 7 und 8 dienen dabei zum Anschluss eines Vibrationsgalvanometers. An die Klemmen 9 und 10 wird der Vierdekaden-Regelwiderstand 12 angeschlossen.
Gemäss der Erfindung wird nun zum selbsttätigen Abgleich ein Zusatzkasten 13 benutzt. Er enthält den Hilfskondensator CE, den Transformator T, den Kondensator Op und die Ohmschen Widerstände R', E'und Rp. Diese Innenteile sind entsprechend der Schaltung nach Fig. 8 miteinander verbunden. Der Zusatzkasten 13 trägt einerseits vier Klemmen 14-17, die in der aus der Zeichnung erkennbaren Weise angeschlossen sind, und anderseits sieben Klemmen 18-24, die zum Anschluss eines vieradrigen Kabels 25 und eines dreiadrigen Kabels 26 dienen. Das Kabel 25 führt zu einem Gerät 27 zum Anzeigen oder Aufzeichnen des Verlustfaktors und das Kabel 26 zu einem Gerät 28 zum Anzeigen oder Aufzeichnen der Änderungen der Kapazität Ox.
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in der aus Fig. 8 erkennbaren Anordnung und Schaltung.
Sie tragen auf der einen Seite Klemmen 18' bis 21'für den Anschluss des Kabels 25 bzw. 22'-24'für den Anschluss des Kabels 26 und auf der
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des Verstärkers V verbunden. Dieser trägt ausserdem zwei Klemmen 37, 38 für den Anschluss an das Netz 39 und zwei Klemmen 40, 41, die mit den Klemmen 8 bzw. 15 verbunden sind. Die Schaltung stimmt im übrigen mit dem Schaltbild der Fig. 8 überein.
Die Klemmen 5 und 6 des Brückenkastens 1 bleiben zunächst ebenso wie die Klemme 7 frei.
Man kann sie aber auch zum Anstecken eines Kästchens 42 benutzen, wenn der Skalenbereich der Anzeige bzw. Aufzeichnung erweitert werden soll.
Zu diesem Zweck kann an die bei der normalen Schering-Brücke für den Anschluss des regelbaren Kondensators vorgesehenen Klemmen 5, 6 ein Ohmscher Widerstand 44 angeschlossen werden. Dieser wird dadurch zu dem in den Brückenkasten eingebauten und mit den Klemmen 5,6 verbundenen
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auf 0... 6%. Durch Wahl entsprechend bemessener Werte des Parallelwiderstandes kann man den Skalenbereich noch weiter steigern. Es ist aber auch eine Verengung des Skalenbereiches möglich, u. zw. dadurch, dass man einen passend bemessenen Widerstand 45 als Vorwiderstand zwischen die Abgleichschaltung und den Widerstand RN einschaltet. Zu diesem Zweck ist in Fig. 9 eine Lasche 46 vorgesehen, nach deren Entfernen ein einen Widerstand 45 enthaltendes Kästchen 43 an die Klemmen 16,
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Mit der beschriebenen Einrichtung wird zweckmässig in folgender Weise gearbeitet : Bei Beginn der Prüfung wird die Brücke bezüglich des Verhältnisses OX/ON durch entsprechende Einstellung des in den Kasten 12 eingebauten Widerstandes RK so abgeglichen, dass der Schleifkontakt K1 bei Stromlosigkeit des Nullzweiges (us =. 0) auf den beliebig wählbaren Bezugspunkt Oc des Schleifdrahtes R1 einspielt. Der Schleifkontakt K2 nimmt dabei selbsttätig eine Winkelstellung entsprechend dem Widerstand r2 ein, die dem Verlustfaktor tg des Messobjektes Cx entspricht. Der Anzapfpunkt 08 stellt den Nullpunkt für die tao-messung dar.
Wenn nun, beispielsweise bei Dauerbelastung oder bei Steigerung der Betriebsspannung U, eine Änderung von Cx oder von tg auftritt, so stellen die beiden Nullmotoren die von ihnen gesteuerten Schleifkontakte stets so ein, dass der Nullzweig stromlos bleibt ; die mit den Schleifkontakten gekuppelten Zeiger oder Schreibfedern ergeben somit eine selbsttätige
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Ist eine Anzeige oder Aufzeichnung von A C nicht erforderlich, so ist die entsprechende Abgleichvorrichtung trotzdem vorzusehen, wobei nur die Anzeige oder Aufzeichnungsvorrichtung wegfällt. Ebenso könnte, falls nur eine Anzeige oder Aufzeichnung von A C gewünscht wird, die mit dem Abgleichwiderstand für tg gekuppelte Anzeige- oder Aufzeichnungsvorrichtung fortgelassen werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Verlustmessung bei kondensatorartigen Objekten mit Hilfe einer Brückenschaltung, die in einem Brückenzweige den zu messenden und in einem benachbarten einen Vergleichskondensator enthält, und eines komplexen Kompensators, bei dem die beiden Spannungskomponenten an je einem Ohmsehen Abgleichwiderstand abgegriffen werden, dadurch gekennzeichnet, dass in den Stromkreis des Vergleichskondensators ein Hilfskondensator eingeschaltet ist, an den über einen Transformator der eine der beiden Abgleichwiderstände angeschlossen ist.
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Device for loss measurement in capacitor-like objects with the help of a measuring bridge.
It is known that for loss measurement on capacitor-like objects, e.g. B. to
Investigation of the insulation of high-voltage cables or dielectrics of another type, can operate a bridge circuit that contains the one to be measured in one branch of the bridge and a comparison capacitor in an adjacent branch. The well-known Schering capacitor measuring bridge has been introduced for this purpose. In the Schering bridge, the other two branches of the bridge consist of ohmic resistances, and the adjustment is carried out on the one hand by means of an ohmic resistance and on the other hand by means of an adjustable decade capacitor, which is connected in parallel to the bridge branch resistance that is to be measured in the bridge circuit Opposite capacitor.
It is known that in complex compensators and bridge circuits, the zero adjustment is easier, more convenient and faster if the adjustment means can be continuously changed. However, it is not possible to build a continuously variable capacitor in which the maximum value of the capacitance has the value of 1 (1.F corresponding to a loss factor of tg 8 = 0.1 required for the Schering bridge. On the other hand, bridge circuits for Such purposes have been proposed in which the adjustment is carried out solely using ohmic resistances, but these have not been introduced because of various other disadvantages.
The adjustment by means of controllable ohmic resistances is of particular importance in the event that the bridge is to be provided with a device for automatic adjustment by means of two separately excited induction counter meters (so-called zero motors) that simultaneously act as phase-dependent zero indicators and reversing motors.
In this case, the balancing resistors can be designed as controllable voltage divider resistors, the tapping contacts being controlled by a zero motor each. In this way, a continuous automatic display or recording of the loss factor and possibly also the capacity of the measurement object is possible.
A device for measuring the capacitance value and the loss factor of capacitor-like objects by means of a capacitor bridge circuit with automatic adjustment by zero motors has already become known, the balancing resistor used for loss measurement being arranged directly in the bridge branch containing the normal capacitor. This well-known
However, the circuit can only be used if the lossless comparison capacitor is very large, namely has a capacitance in the order of magnitude of 1 (J.F, because only in this case is it possible to use an adjustable resistance in the order of magnitude of 100 Ohm to give the branch of the normal capacitor a sufficiently large loss angle value.
However, in the practical cases which are mostly high voltages, the comparison capacitor has a capacitance that is many orders of magnitude smaller. As a result, the rheostat should be a few megohms.
In order to avoid these difficulties, it has been proposed to connect the comparison capacitor and the bridge resistor in the adjacent branches to the secondary winding
To connect voltage converter whose primary winding is connected to the supply voltage.
This arrangement leads to the goal in some cases, but has the disadvantage that a precision voltage converter is required which is dimensioned for the full operating voltage and whose error angle is included in the measurement in full when determining the loss. Such a converter is of course on the one hand
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as a result of these high demands on the measurement accuracy and, on the other hand, as a result of the very high voltages of the order of magnitude of up to 500 kV which are considered here, very extensive and expensive.
In another bridge circuit, also working with ohmic variable resistors, in which a contact wire lying in a bridge branch is more or less bridged by a fixed capacitor, the disadvantage, which is serious for many purposes, is that the resulting scale corresponds to a quadratic function, while in the in general, a linear mapping is always required.
The object of the invention is now primarily a new bridge maintenance, in which the balancing takes place at two controllable ohmic resistances and the disadvantages of the previously known devices for measuring losses on capacitor-like objects are avoided. This is achieved according to the invention in that an auxiliary capacitor is switched on in the circuit of the comparison capacitor, to which one of the two balancing resistors is connected via a transformer. The second balancing resistor can be connected to the circuit of the capacitor to be measured.
An embodiment of this type is shown in Fig. 1 in a basic circuit diagram.
It is assumed that it is a bridge circuit that corresponds to the. ScheringBrücke contains ohmic resistances in two adjacent bridge branches.
A bridge circuit is connected to an alternating current source of the voltage U. It contains the capacitor Ox to be measured in one branch of the bridge, a lossless normal capacitor ON in a second, an ohmic resistor RN in the first opposite and an ohmic resistance RK in the second opposite bridge path contains.
The two bridge branches containing Cx and RK are replaced by one when the bridge is balanced
Stream Jx and the other two flowed through by a stream JN.
An auxiliary capacitor OH is now connected to the circuit JN, to which a voltage divider resistor R2 designed as a sliding wire is connected via a transformer T, the resistance value of which, limited by a displaceable tap contact K2, is denoted by r2. In this case, it should be ensured by means not shown in the drawing that are known per se that the current flowing through resistor j & is shifted by 90 in phase with respect to current JN flowing through normal capacitor ON.
The capacitance of the auxiliary capacitor Cil is expediently selected to be so large in comparison to the capacitance ON of the comparison capacitor that the resistance of the auxiliary capacitor with the matching circuit connected to it can be neglected compared to the capacitive resistance of the comparison capacitor.
A similar voltage divider resistor, whose from the associated tap contact Kl
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Vibration galvanometer N serving ment is connected on the one hand to the tap contact K and on the other hand to the starting point of the resistor r2.
The associated vector diagram is shown in FIG. You can see from this that the current. IN leads by 900 in the phase of the supply voltage U, while the current J due to the loss angle 0
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results from the voltage triangle shown in FIG
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However, since RN is constant, the loss factor tg # is proportionally equal to r2, and the displacement of the tap contact K2 corresponds in a linear relationship to the size of the loss factor tg 8.
. In general, however, it is more practical if both balancing resistors are connected to the circuit of the comparison capacitor. In this case too, the two balancing resistors are preferably designed as voltage divider resistors and their variable parts are connected in series in the diagonal branch of the bridge. Exemplary embodiments of this type are shown in FIGS.
In Fig. R a bridge circuit of the same type as in Fig. 1 is drawn. In the circuit of the comparison capacitor CN, through which the current JN flows, a Hills capacitor C is again connected to the via a transformer T in the same way as in the circuit
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is. In the same circuit, an ohmic resistor Rp is now connected, to which a second sliding wire R is connected, the variable part of which is denoted by r1. In the diagonal branch, dk resistors r1 and r2 are in series with the vibration galvanometer N.
This will make the
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the voltage drop UK = JX caused by the current Jx at the resistor RIZ. RK is balanced by two variable comparison voltages U1 and U2 which are phase-shifted by 90 relative to one another.
The voltage U1 is applied to the resistors RN and r1 and the voltage U2 and r2.
Since the sliding wire R1 and the parallel resistor Rp are connected in series with the resistor RN
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Partial voltages U1 and U2 now result in the following relationships:
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Fig. 4 shows the associated vector diagram. If one now thinks in the known representation according to FIG. 5 the capacitor Cx to be tested, which is afflicted with dielectric losses, is replaced by a lossless capacitor C to which a resistor p is connected in parallel, then it results that RK compared to 1 / # C and p The diagram shown in Fig. 6, from which the following relationships can be seen, may be neglected:
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f aktor tg a is mapped linearly by the resistor r2.
However, the invention can also be used in connection with bridge circuits of other types.
So shows z. B. Fig. 7 shows a circuit in which all four bridge arms contain capacitors. Otherwise, the circuit is the same as in FIG. 3. In this case, however, the phases are shifted by 900 due to the capacitors CK and ON ′ taking the place of the ohmic resistors RK and RN. As a result, the setting at the voltage divider tap K1 is a measure for the loss factor tg 0 and the setting at K2 is a measure for the change in capacitance A C.
In such an arrangement, which in the circuit JN also contains a capacitor ON 'in addition to the normal capacitor CN, the two other bridge branches can also be formed by the correspondingly subdivided secondary winding of an inductive transformer connected to the supply voltage.
An embodiment for a device according to the invention with automatic adjustment by zero motors is shown in FIG. It is assumed here that a three-phase network is available to which the bridge circuit is connected in one phase by means of a high-voltage transformer, the secondary voltage U acting as the supply voltage. The actual bridge circuit is essentially constructed in the same way as in the arrangement according to FIG. 3 in the manner of a Schering bridge, and the circuit also basically corresponds to that shown in FIG.
The same parts are therefore also designated in FIG. 8 with the same letters as in FIG. 3. Here it is now specified in more detail how one can achieve that the voltage U2 is shifted precisely by 90 in phase with respect to JN. For this purpose z. B. is connected to the secondary winding of the transformer T a capacitor Cp with a resistor R 'connected and the lead wire R2 connected to the capacitor 0 p with a resistor R ". Instead, another circuit known per se can be selected.
The automatic adjustment of the bridge to the currentlessness of the zero branch is ensured by two separately excited induction counter measuring units ss', S "1, Z1, Y1, which act simultaneously as phase-dependent zero indicators and reversing motors
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are externally excited by a rotating field phase regulator PA connected to the three-phase network with the sinusoidal currents JS1> JS2 shifted in phase by 900.
The current windings / ', S "2 are connected in series and connected to the neutral branch via an AC-powered tube amplifier V, so that the output current Jo proportional to the input voltage Uo flows through them is present between the direction of rotation of the armature disk Z or Z and the adjustment direction necessary for convergent adjustment, the sliding contacts Kb J {4 are always influenced in the sense of the adjustment setting sought.
The respective rotational speed of or Z2 is proportional to the respective deviation \ om the adjustment state. The more K1 or K2 approaches the adjustment, the slower 7 "or 7" runs; an overshoot or oscillation of the display elements or pens coupled to Kl or K2 for recording the measured variable is therefore excluded.
Since the Schering bridge with manual adjustment has been introduced to a considerable extent for loss measurements on capacitor-like objects, it appears in many cases to be desirable to supplement an existing normal Schering bridge with an additional device so that the adjustment takes place automatically. According to the invention, this is possible in that an additional arrangement is suitably connected to the bridge while not using the three-decade adjustment capacitor; which contains the auxiliary capacitor OH and the transformer T along with the associated circuit and possibly also the resistor RP. This additional arrangement is then, preferably
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fixtures connected.
Such an arrangement is shown in FIG. The so-called bridge box of a normal Schering bridge is designated with 1. It is provided with connection terminals 2-10. Terminals 2 and 4 are intended for connecting the capacitor to be measured or the standard capacitor. Terminal 3 is used to connect the end of the secondary winding of the high-voltage transformer 11 that is to be earthed. The three-decade crank capacitor is connected to terminals 5 and 6 when the bridge is normally used. Terminals 7 and 8 are used to connect a vibration galvanometer. The four-decade variable resistor 12 is connected to terminals 9 and 10.
According to the invention, an additional box 13 is now used for automatic adjustment. It contains the auxiliary capacitor CE, the transformer T, the capacitor Op and the ohmic resistors R ', E' and Rp. These internal parts are connected to one another in accordance with the circuit according to FIG. The additional box 13 carries on the one hand four terminals 14-17, which are connected in the manner shown in the drawing, and on the other hand seven terminals 18-24, which are used to connect a four-wire cable 25 and a three-wire cable 26. The cable 25 leads to a device 27 for displaying or recording the loss factor and the cable 26 to a device 28 for displaying or recording the changes in the capacitance Ox.
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in the arrangement and circuit shown in FIG.
On one side they have terminals 18 'to 21' for connecting the cable 25 or 22'-24 'for connecting the cable 26 and on the
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of the amplifier V connected. This also carries two terminals 37, 38 for connection to the network 39 and two terminals 40, 41 which are connected to terminals 8 and 15, respectively. The circuit otherwise corresponds to the circuit diagram of FIG.
Terminals 5 and 6 of the bridge box 1 remain free, as does terminal 7.
However, you can also use it to plug in a box 42 if the scale range of the display or recording is to be expanded.
For this purpose, an ohmic resistor 44 can be connected to the terminals 5, 6 provided in the normal Schering bridge for connecting the controllable capacitor. This becomes the one built into the bridge box and connected to terminals 5,6
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to 0 ... 6%. The range of the scale can be increased even further by choosing appropriately dimensioned values for the parallel resistance. But it is also possible to narrow the scale range, u. by connecting a suitably sized resistor 45 as a series resistor between the balancing circuit and the resistor RN. For this purpose, a tab 46 is provided in FIG. 9, after the removal of which a box 43 containing a resistor 45 is attached to the terminals 16,
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The device described is used in the following way: At the start of the test, the bridge is adjusted with respect to the OX / ON ratio by setting the resistor RK built into the box 12 so that the sliding contact K1 is disconnected from the zero branch (us =. 0) on the arbitrarily selectable reference point Oc of the grinding wire R1. The sliding contact K2 automatically assumes an angular position corresponding to the resistance r2, which corresponds to the loss factor tg of the measurement object Cx. The tapping point 08 represents the zero point for the tao measurement.
If a change in Cx or tg occurs, for example with continuous load or when the operating voltage U increases, the two zero motors always adjust the sliding contacts they control so that the zero branch remains de-energized; the pointers or nibs coupled to the sliding contacts thus result in an automatic one
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If it is not necessary to display or record A C, the corresponding balancing device must nevertheless be provided, with only the display or recording device being omitted. Likewise, if only a display or record of A C is desired, the display or recorder coupled to the trimming resistor for tg could be omitted.
PATENT CLAIMS:
1. Device for loss measurement in capacitor-like objects with the help of a bridge circuit which contains the to be measured in one bridge branch and a comparison capacitor in an adjacent one, and a complex compensator in which the two voltage components are tapped off at one ohmic balancing resistor, characterized in that An auxiliary capacitor is switched into the circuit of the comparison capacitor, to which one of the two balancing resistors is connected via a transformer.